水质中有机污染物生物检测分析专利技术综述

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摘要：随着工业的发展，产生的化学物质品种及用量与日剧增，对环境造成的污染也日益严重，已经引起世界各国的关注，近年来生物法因其环保性、成本低等优点被广泛使用。本文对水质中有机污染物生物检测分析的全球专利申请进行了统计和分析，对专利申请量与技术功效进行了梳理，并具体分析了水质中有机污染物生物检测方法。

关键词：水质分析;有机污染物;生物检测;专利分析

一、前言

水污染与人们的生产、生活密切相关。水中有机污染物主要包括农药、多氯联苯、单环芳香族化合物、苯酚类和甲醛类、多环芳香烃类等。其中大部分都是有毒物质[1]。如何有效检测分析水中的有机污染物是水污染治理必须要解决的问题。

对水质中有机污染物的检测分析，即是利用多种检测手段实现对海水、湖泊河流水、工业废水、生活废水、农业废水等水质中油类、有机碳、有机磷/氯农药、含氮有机物等有机污染物的定性定量检测分析。目前，常见的水中有机污染物的检测手段主要有：生物法[2] [3]、光学法[4]、色谱法[5]、其他方法[6]。其中生物法是利用生物体或生物敏感物质进行检测的方法。本文以与水中有机污染物生物检测方法相关的专利申请作为分析对象，重点分析生物检测方法的申请信息、技术效果等。

二、水质中有机污染物检测分析专利量年度分布

图1为水中有机污染物检测分析技术的专利申请量年度分布图。图中反映出，国外水中有机污染物检测分析技术的专利申请有起伏，上世纪八、九十年代后趋于平缓，国内专利申请整体呈上升趋势，特别是从2000年以后，申请量激增。国外水中有机污染物检测分析技术的专利申请量相对比较平稳，基本维持在100篇左右。

从图1可以看出，在上世纪七、八十年代水中有機污染物检测分析技术就已经进入人们的视野，随着经济的发展和社会的进步，人们对水中有机污染物检测分析技术的关注度在不断提高。在初始阶段，国外水中有机污染物检测分析技术发展非常迅猛，国内申请量始终维持在较低数量，这说明国内对于水中有机污染物检测分析的研究起步较晚。在上世纪八、九十年代，国外申请达到顶峰，国内申请仍然较少，这是水中有机污染物检测分析技术在国外发展的高潮阶段。1995年之后，国外申请量有下降的趋势，国内申请量仍然保持在较低水平。1995年-2005年十年间，国外申请量略有起伏，但整体保持在一个较为稳定的水平，而国内申请在这十年间有大幅上升，特别是2011年以后，专利申请量就达到了三百多件，这说明随着经济发展和社会进步，国内日益注重环境问题，对水中有机污染物检测分析技术也日益重视，国内对水中有机污染物检测分析技术的研究进入高潮阶段。

技术功效分布情况，就技术效果而言，主要关注检测的精度、效率、绿色环保、适用范围广、成本低等方面，其中关注检测精度方面的专利申请较多，占34%;关注高效方面的专利申请量次之;降低检测成本方面的也相对较多，占全部专利申请的21%;接下来的是，解放测试过程中的人力，使整个检测过程更加自动化方面的专利申请;关注绿色环保和普适性方面的专利申请量相对较少，只占有7%和6%;但近年来，各方面对环境保护的关注度越来越高，相信水中有机污染物的检测也会更加注重绿色环保。

三、水质中有机污染物生物检测技术效果与分析

生物检测法中以生物体检测居多，生物传感器和免疫法检测的较少，其他的检测方法中以电化学的方法居多，还有少部分的容量监测法。生物法相对于其他检测法，因其环保、高效、低成本、高精度的显著优势，得到了更好地应用，究其原因是，目前使用最多是生物体法，生物体法在进行检测时，一般将生物直接放到待测水体中，水体中含有的有机污染物会影响生物的生长、繁殖等活动，通过分析放入到含有有机污染的水体中的生物的变化，可以分析水体中有机污染物的情况，在整个检测过程，不涉及其他的化学试剂，检测工具就是生物体，常用的生物体有斑马鱼、藻类、细菌等，获取的成本低，同时，这些生物体不会带来二次污染，相对比较环保，由于是直接放入到待测水体中，对水质污染情况的反应更加直观，因上述优势，生物法得到了广泛应用。

生物体检测具有灵敏性且能反应综合毒性影响，一些低浓度甚至是痕量的污染物进入环境后，在能直接检测或人类感受到以前，且传统的化学物理分析法仅是能定量分析污染物中主要成分的含量，而生物能可迅速做出反应，显示出可见症状，且能直接和全面地反映毒性物质对环境的综合影响。现有的生物检测主要追求精准、高效与低成本等技术效果。对于提高检测精度、检测效率及降低实验成本，采用斑马鱼作为检测生物体的专利——CN103499675A，其是利用一种模式生物斑马鱼来研究水质污染毒性，通过准备体态均质的试验鱼，将生活污水处理进行预处理后，设置平行组在一定pH、DO、水温、光暗比等条件下进行模拟培养，最后根据国标法对斑马鱼进行急性毒性测定。通过利用对水质敏感的斑马鱼测定生物污水的污泥情况，简便易行、灵敏、廉价、快速，且不产生二次的检测污水，适合推广在生活污水和其他污水监测领域。

免疫检测，如酶联免疫检测、胶体金免疫层析检测等，由于利用抗原抗体特异性反应原理，具有检测精度高、快速简便、特异性好等优点，例如利用胶体金层析免疫法的专利——CN101158683A，其是借助胶体金标记显色的免疫层析反应，以快速半定量检测环境水样中2，4-二氯苯氧乙酸（2，4-D），依据的原理是通过待检样品中的2，4-D与精确定量金标抗体反应，然后与免疫层析膜上的2，4-D-OVA发生竞争性的结合，通过显示于免疫层析陌上的条纹数量，来判定待检样品中2，4-D的含量，该检测方法的检测精度高，最小检出来量为21 μg/L，可在10分钟内完成，改变了传统的农药残留多步繁琐检测问题，实现一步法快速半定量检测2，4-D残留的方法。

生物传感器检测，其具有精度高、分析样品微量、自动化高等优点，例如利用聚苯胺改性有序介孔碳固定化漆酶生物传感器检测的专利——CN102253096A，其是依次通过有序介孔碳制备、酸化处理、电极预处理、聚苯胺改性有序介孔碳的制备以及聚苯胺改性有序介孔碳固定化漆酶制备得到聚苯胺改性哟徐介孔碳固定化漆酶，该漆酶传感器显示了良好的直接电化学行为，具有更好的传感性能，对邻苯二酚的线性检测范围是0.55～10.45 μM，选择灵敏度为0.08314 A/M，检测限为0.173 μM，还具有良好的重复性和稳定性。

四、结语

通过上述分析，可知现有水中有机物生物检测手段具有灵敏度高、成本低、检测时间短等优点，但上述传统的水中有机污染物检测手段也存在一定的弊端，如过于单一，不能满足当前水质多方面的检测需求，随着检测技术的发展，综合多种检测手段的集成检测方法和仪器成为未来水中有机污染物检测的重要发展方向。

参考文献：

[1] 竹俊如，水体中有机污染物的快速检测方法和仪器的研究[D].华东师范大学，硕士学位论文，2008.

[2] 张迎霞.面向水质检测的鱼类行为异常识别方法研究[D].浙江工业大学，硕士学位论文，2011.

[3] 董文宾，胡献丽，等.生物传感器在水质分析检测中的应用[J].工业水处理，2005，25（3）：17-19.

[4] 谢志刚，牟丽艳，等.近红外光谱技术在水质监测中的应用[J].贵州农业科学，2013，41（8）：212-215.

[5] 盛鹏涛，李伟利，等.持久性有机污染物的分析检测研究进展[J].中国科学：化学，2013，43（3）：351-362.

[6] 郭芸，冯云.滴定分析在水质检测中的应用[J].中国化工贸易，2014，6（16）：70.

注：1高自强和高树娟为本文做出同等贡献，为共同第一作者